본 연구실은 집적형 광센서와 고감도 광학 바이오센서 개발에 중점을 두고 있습니다. 집적형 광센서는 미세 및 나노 구조의 광도파로, 공진기, 그리고 표면 플라즈몬 공명(SPR) 기반의 다양한 소자를 설계 및 제작하여, 생화학적 및 생물학적 신호를 정밀하게 감지할 수 있도록 합니다. 이러한 기술은 기존의 센서 대비 월등한 민감도와 선택성을 제공하며, 실시간 및 비파괴적 측정이 가능하다는 장점이 있습니다. 특히, 광도파로 공진기, 삼각형 링 공진기, 다중모드 도파로 기반의 센서 등 다양한 집적광학 구조를 활용하여, 바이오케미컬 센서, 체외진단(In vitro diagnostics), 체내진단(In vivo diagnostics) 등 다양한 응용 분야에 맞는 센서 플랫폼을 개발하고 있습니다. 이 과정에서 나노 구조체의 설계, 광학적 특성 해석, 신호처리 알고리즘 개발 등 다학제적 접근이 이루어집니다. 이러한 연구는 질병의 조기 진단, 환경 모니터링, 식품 안전, 바이오마커 검출 등 다양한 분야에서 혁신적인 진단 및 계측 솔루션을 제공할 수 있으며, 초고감도, 초소형, 자동화된 센서 시스템의 상용화 및 산업적 응용을 목표로 하고 있습니다.

연구실은 표면증강라만분광법(SERS)을 기반으로 한 고속 고처리량(High-throughput) 스크리닝 시스템 개발에 선도적인 역할을 하고 있습니다. SERS는 나노구조 금속 표면에서 라만 산란 신호를 극적으로 증폭시켜, 극미량의 화학물질이나 바이오마커, 단일 분자까지도 검출할 수 있는 첨단 분석기술입니다. 본 연구실은 3D 진화형 금 나노구조(3D-EGN) 기반의 96웰 SERS 플레이트, 미니어처화된 광섬유 프로브 어레이, 자동화된 OSRS(Optical-switch Raman spectroscopy) 시스템 등을 개발하여, 기존 대비 월등히 빠르고 정확한 스크리닝을 실현하였습니다. 이 시스템은 96웰 플레이트 전체를 5분 이내에 자동 측정할 수 있으며, 하루 26,000개 이상의 샘플을 분석할 수 있는 처리량을 자랑합니다. 또한, 다양한 농도의 화학물질, 바이러스, 박테리아, 바이오플루이드 등 복잡한 시료에 대해 높은 민감도와 재현성을 확보하였습니다. 자동화된 데이터 취득 및 분석 소프트웨어, 라만 신호의 실시간 3D/2D 매핑, 샘플 간 스펙트럼 차이의 시각화 등 첨단 신호처리 기술도 함께 적용되고 있습니다. 이러한 SERS 기반 고처리량 스크리닝 기술은 의료 진단, 신약 개발, 환경 분석, 식품 안전 등 다양한 분야에서 혁신적인 고속·고정밀 분석 플랫폼으로 활용될 수 있으며, 미래 바이오센서 및 진단기기의 핵심 원천기술로 주목받고 있습니다.

연구실은 차세대 증강현실(AR) 및 광학 디스플레이 시스템 개발에도 활발히 참여하고 있습니다. 특히, 광도파로 기반 AR 디스플레이, 안경 타입의 피로감 없는 AR 디스플레이, 다초점 렌즈 및 공간변조 회절격자 기반의 풀컬러 컴팩트 헤드마운트 디스플레이 등 혁신적인 광학 설계와 집적화 기술을 연구합니다. 이러한 시스템은 사용자의 시야에 자연스럽고 선명한 이미지를 제공하며, 장시간 착용에도 눈의 피로를 최소화하는 것이 특징입니다. 광도파로, 다중모드 도파로, 멀티코어 파이버 등 첨단 광학 부품과 소자 기술을 융합하여, 가상현실/증강현실 환경에서의 몰입감과 시각적 편안함을 극대화합니다. 또한, 공간 분할, 다초점 구현, 색공간 확장 등 다양한 광학적 문제를 해결하기 위한 새로운 설계 방법론과 특허 기술을 지속적으로 개발하고 있습니다. 이러한 연구는 차세대 웨어러블 디스플레이, 스마트 글래스, 의료용 AR 기기, 산업용 증강현실 솔루션 등 다양한 분야에 적용될 수 있으며, 관련 특허와 논문, 산학협력 프로젝트를 통해 국내외 광학 디스플레이 산업의 발전에 크게 기여하고 있습니다.